ANTIOXIDANT EFFECTS OF STATINS VIA S-NITROSYLATION AND ACTIVATION OF THIOREDOXIN IN ENDOTHELIAL CELLS: A NOVEL VASCULOPROTECTIVE FUNCTION OF STATINS

Haendeler J, Hoffmann J, Zeiher AM, Dimmeler S.
Circulation. 2004 Aug 17;110(7):856-61

RIASSUNTO:
BACKGROUND: HMG-CoA reductase inhibitors (statins) are lipid-lowering drugs that also exert pleiotropic vasculoprotective effects via activation of the endothelial NO synthesis. NO induces S-nitrosylation of target proteins. S-Nitrosylation of the antioxidant enzyme thioredoxin was recently shown to enhance its activity, thereby reducing intracellular reactive oxygen species. Therefore, we investigated whether statins may exert an antioxidant activity in endothelial cells via S-nitrosylation of thioredoxin.
METHODS AND RESULTS: Statins dose- and time-dependently increased the overall level of S-nitrosylated proteins in endothelial cells (atorvastatin 0.1 micromol/L, 206+/-30% increase; simvastatin 1 micromol/L, 214+/-19% increase; mevastatin 1 micromol/L, 191+/-10% increase). The increased S-nitrosylation was blocked by an NO-synthase inhibitor and mevalonate. Moreover, S-nitrosylation of thioredoxin was also significantly augmented after atorvastatin treatment. The atorvastatin-mediated increase in S-nitrosylation was associated with an enhanced enzymatic activity of thioredoxin (atorvastatin, 157+/-9% increase). This resulted in a significant reduction of intracellular reactive oxygen species within the endothelial cells. In contrast, in endothelial cells overexpressing a thioredoxin construct in which the S-nitrosylation acceptor amino acid cysteine 69 was replaced by serine [TRX(C69S)], atorvastatin did not activate the redox-regulatory activity of thioredoxin. Moreover, overexpression of the non-nitrosylatable thioredoxin TRX(C69S) abolished atorvastatin-mediated reduction of reactive oxygen species.
CONCLUSIONS: Here, we demonstrate a novel antioxidant mechanism by which statins reduce reactive oxygen species in endothelial cells. Statin-mediated S-nitrosylation of thioredoxin enhanced the enzymatic activity of thioredoxin, resulting in a significant reduction in intracellular reactive oxygen species.a.

COMMENTO:
Numerosi studi sperimentali suggeriscono che gli effetti benefici delle statine sono la conseguenza non solo di un miglioramento del profilo lipidico ma anche di un effetto vasculoprotettivo. Numerosi geni sono stati identificati come geni bersaglio delle statine ed in particolare è risulato fondamentale il ruolo di questi farmaci nel modulare l'enzima ossido nitrico sintasi endoteliale, resposabile della produzione di ossido nitrico, un fattore con importanti attività vasodilatatorie. Anche la modulazione dello stress ossidativo, della produzione di radicali liberi e dell'ossidazione delle lipoproteine a bassa densità rappresentano degli importanti target dell'attività delle statine, suggerendo anche un importante effetto antiossidante di questa classe di molecole. All'interno di questa area di ricerca si pone l'elegante lavoro di Haendeler e colleghi.
Per difendersi dallo stress ossidativo le cellule posseggono numerosi enzimi antiossidanti, compresi la superossidodismutasi, la catalasi e il sistema della tioredoxina che aiutano a mantenere controllati i livelli di radicali liberi dell'ossigeno intracellulari. In particolare il sistema della tioredoxina è costitutito da due ossidoreduttasi, tioredoxina-1 (TRX) e tioredoxina reduttasi. La TRX è in grado di legare direttamente i radicali liberi dell'ossigeno favorendone la metabolizzazione. L'attività anti-ossidante è mediata dalle cisteine in posizione 32 e 35, tuttavia è stato ossevato che altre cisteine in posizione 62, 69 e 73 sono importanti per l'attività dell'enzima. Inparticolare sembra che il legame covalente reversibile dell'ossido nitrico al residuo SH della cisteina (reazione nota come S-nitrosilazione) sia necessario per l'attività ossidoriduttiva della TRX. Gli autori hanno pertanto voluto studiare se le statine potessero modulare il contenuto di molecole S-nitrosilate a livello endoteliale con particolare attenzione alla TRX.
I risultati del lavoro mostrano che le statine aumentano la S-nitrosilazione a livello della cisteina 69 della TRX, questo aumento è accompagnato da un aumento dell'attività antiossidante della TRX e da una diminuzione della produzione intracellulare di radicali liberi.
I dati di questo lavoro suggeriscono pertanto un nuovo meccanismo antiossidante attraverso il quale le statine riducono la produzione di radicali liberi dell'ossigeno nelle cellule endoteliali. La S-nitrosilazione della TRX mediata dalle statine aumenta l'antività antiossidante dell'enzima suggerendo un meccanismo protettivo a livello endoteliale che potrebbe rivelarsi imporante anche per altre cellule della parete vasale.

Danilo Norata, Dipartimento di Scienze Farmacologiche, Università degli Studi di Milano